当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第三章 连续函数 > 第三节 函数的一致连续性 > 一致连续的必要条件
我们前面介绍了
函数在一个区间上
一致连续的概念
接下来我们来介绍一下
一致连续函数的两条性质
这是作为我们这一节的第二个问题
我们给它起名字叫一致连续的必要条件
第一个我们写成一个定理
也就是说
若f(x)在一个区间[a,b]上是一致连续的
则f(x)在这个区间上
每一点都是连续的
也就是 在[a,b]区间上的一致连续函数
它在这个区间上每一点
一定是逐点连续的
实际上 这个结论
在我们刚才介绍一致连续概念的时候
基本上已经出来了
因为 所谓要证明这个结论
也就是对于任意的x0属于[a,b]
我们要证明
它在这点的连续性
但是 我们这个条件给得比较强
是说 任给ε大于0 我都能找到δ大于0
只要我的x与x0的距离不超过δ
我就有f(x)减掉f(x0)这个差的绝对值小于ε
那就是 特别地
我把其中的x0就固定了之后
当然 这句话的意思 就说
函数在x0这点是连续的
因为我这个x0是任意固定的
这里面的任意一点
当然也就证明了
它在这里面每一点都是连续的
所以说有一致连续性
得到逐点连续性
应该就是把一致连续性中的任意两点
其中固定一点就可以了
这是这个必要条件
第二个我们来说一下这个结论
这个结论是说若f(x)在(a,b)
这是开区间在这上面一致连续
则f(x)在这个开区间上有界
在前面我们介绍闭区间上连续函数性质的时候
我们反复强调说开区间上的连续函数
不见得是有界函数
但现在这个定理说
如果函数在这上面是一致连续的
那么尽管它是开区间
它也是有界函数
我想这从另外一个侧面强调了
这个一致连续
确确实实是一个整体性质
所以说它很容易地就能推出
函数在这上面的有界性
这个定理 我们简单解释一下
它的证明过程
我们可以从图上先看一下
说这是一个区间(a,b)
什么叫一致连续
一致连续就是说
你任给一个ε大于0
我总能找到一个δ
只要这里面任意两点的距离不超过δ
那么它俩函数值之差的绝对值就不超过ε
譬如说我取一个ε0取定
那么我就找到一个δ
现在我就用找到的δ
把这个区间给它分
因为(a,b)尽管是个开区间
但它毕竟是个有限长度的区间
所以说 我用这个δ作为步长
去分这个区间的时候
我经过有限步
就可以把这个区间中的所有点走遍
那这个地方
对给定的ε0来说
这个点是个固定点
大家想一想 就是
其它所有点的函数值与这个点的关系
最多每走一步就是
在原来的绝对值基础上加上ε0
每走一步都加上ε0
从这个地方总是有限步的
所以说所有点的函数值
与这一点的函数值
它绝对值之间最多差一个n倍的ε0
n是个有限的常数
所以说这样基本上就说清楚了
因为它每一步走的高度
或者是往下走的那个台阶
高度是一定的
在有限步里面
你当然达到的高度
或者是降下来的这个距离
也是有限的
当然这是直观的解释
接下来我们看一下
我们能不能把这个解释写成一个证明
这个证明这样去说
我就取ε我就不取ε0了
我取ε等于1
因为这个f(x)在(a,b)上是一致连续的
所以对于这个ε等于1来说
我能找到一个n0
然后使得对任意的x
x一杠属于(a,b)
只要x到x一杠的距离小于b减a除上n0
我就有f(x)减掉f(x)(一杠)这个差的绝对值小于1
就是我这样写
相当于对给定的ε等于1来说
我总能找到一个步长
这个步长就是n0分之(b-a)
也就是说
我一共把这个区间分成了n0份 等分的
只要它那个步长不超过这个数
那么 这个不等式总是对的
那接下来大家看一下
我就记我的xk
等于a加上k倍的
把这个步长乘上b-a
这个k可以等1,2 然后一直到n0
这样的时候我这个xk
可以从a的右侧第一个分点开始
一直到最右边那个右端点b
那接下来我就说对任意的x属于(a,b)
那么 x一定属于某一个[x(k-1)到xk]
这样子的时候 那大家看一下
这是x1
如果我这个就是在x1到x2之间的时候
那么 这个f(x)的绝对值
它就小于等于f(x1)的绝对值再加上1
因为在这个范围里面
两点函数之差的绝对值不会超过1
如果我这个k是等于3的时候
也就是它从x2到x3的时候
这时候 我可以通过中间这个点
把它衔接起来
每一个范围上不超过1
衔接完之后两个范围
所以说绝对值不超过2
然后一直下去
实际上我们可以证明
就是这个绝对值
在任何一个这个范围里面
它应该是小于等于f(x1)的绝对值
我给它放得大一点 放大到k
然后k最多就是n0
k最多是n0 所以说
我们给它放大到f(x1)的绝对值加上n0
那大家看一下
因为我ε是取1取定的
所以说我的n0也是确定的
n0确定完了之后
我给它n0等分之后
那么第一个分点x1也是确定的
这样说起来这个值
就是一个具体的大于0的数
那么我现在就证完了
对任意的x属于(a,b)
它这一点的函数值的绝对值
不会超过这个数
这自然就是它在这上面有界的定义
所以说
在有限长度区间上的一致连续函数
无论区间是闭的还是开的
它一定是有界函数
当然这个结论
我们无法给它推广到无穷区间
因为无穷区间的时候大家想
你往下走的时候
尽管每一步
它那个函数值的绝对值增加是有限的
但是如果是无穷区间
你可以走无穷多步
那自然也会导致
函数值会无限地增大或者是变小
实际上在无穷区间上
大家就记住这个最简单的例子就行了
这肯定是负无穷到正无穷的一个
一致连续函数
它当然也是无界函数
类似地 我把这个结论反过来
说如果一个函数在一个开区间上
它本身是连续的
同时它又是有界的
那你能不能说
它这个时候是一致连续
也就是说这个结论我们现在是说的
若一致连续则有界
能不能说如果连续且有界则一致连续
这个也是反不过来的
那这个 大家看一下这个例子
f(x)等于sinx分之一
你譬如说
它在0到1这个范围上
它肯定是个有界函数
因为它的绝对值小于等于1
它也一定是个连续函数
因为这是个初等函数
这是它定义域区间中的一部分
但是这个应该是个不一致连续函数
因为我们可以取两个特殊的点
一个点取成sin
这个地方就是取成是
x取成是2nπ分之一这是x
然后另外一个点
我们取成是2nπ加上二分之π分之一
这样的时候大家看一下
2nπ分之一和2nπ加上二分之π分之一
在n非常大时
它应该是非常接近的
但是这两个函数值差的绝对值
是不是应该永远是等于1的
因为2nπ正弦是等于0的
然后2nπ加上二分之π的正弦是等于1的
这是什么意思
也就是说 对这个函数来说
在0到1这个范围里面
即使你的两个点的距离非常小了
但是这两点函数值有可能也差得比较远
所以它不会是一致连续的
这是关于就是说这个结论
我们既不能推广到无穷区间
也不能把这个区间反过来去说
但是有了这个结论之后
我们得到了这个结果
我们做一个例题来说一下
也就是如果f(x) g(x)
在一个有限长度区间(a,b)上
是一致连续的
则就是 f(x)g(x)在(a,b)上是一致连续的
我们有这个结果
这个结果刚才我们也说过
说一致连续函数
一般来说是没有乘积运算的
那主要指的是无穷区间上的一致连续函数
因为一致连续
它除了与函数有关之外
自然是与你考虑的范围有关
这个例题就是说
如果我们考虑的范围
仅仅是有限长度区间的时候
实际上一致连续函数还是有乘法运算的
那这个证明主要就是借用了
我们这个定理中给出的结论
因为在有限长度区间上
一致连续函数它一定是有界的
那么大家看一下
如果它是有界的时候
f(x)乘上g(x)减掉f(x0)乘上g(x0)的绝对值
这个地方我们就可以给它处理成
等于一个f(x)乘上g(x)减掉f(x0)乘上g(x)
再加上一个f(x0)乘上g(x)
再把这个减掉
减掉一个f(x0)乘上g(x0)
也就给它减一项加一项
为什么
因为我们要用上
f(x)和g(x)的一致连续性
所以说我们要把f(x)减f(x0)
和g(x)减掉g(x0)凑出来
凑完之后我们给它放大
放大完之后应该就是
小于等于
在下面
就是放大完之后小于等于
把这个g(x)提出来
它是有界的
它的界我用M来表示
这就是f(x)减掉f(x0)
第二项绝对值我也放大
把f(x0)提出来
那它的界我用M1来表示
就是g(x)减掉g(x0)
写到这儿大家看一下
在f(x)和g(x)一致连续的前提下
实际上只要x和x0的距离足够小
我就能保证这两项都充分小
从而也就保证了
这个乘积函数
在两点之差的绝对值足够小
所以我就证明了
在有限长度区间上的一致连续函数
它是具有乘法运算的
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习